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半固态压铸资料

半固态连铸技术经济分析与研究进展
1　半固态连铸的技术特征及经济分析
半固态连铸又称连续流变铸造，是根据材料流变学原理生产铸坯的新技术。其本质特征是进入结晶器的熔体为固相具有非枝晶特征的固液共存混合物。 

1.1　半固态连铸与普通连铸的比较 
1.2　半固态连铸的几个专业术语 

文献中经常遇到的有关半固态连铸的术语有：浆料——含有一定比例固相的固液两相混合物。制浆室——用来制备半固态浆料的装置或容器。拉速——单位时间内拉出的坯料重量或长度。它是半固态连铸生产率的度量。非枝晶化——枝晶组织向非枝晶组织转化的过程。临界固相分数——在一定的切变条件下，浆料能够流动的最大固相分数。当固相分数超过该值时，半固态浆料就会像固体一样不能流动。 

1.3　经济分析 

采用相对比较法分析半固态连铸的经济性。表1为半固态连铸与普通连铸的费用比较。由于半固态连铸的浇注温度较低,其熔炼费用低于普通连铸;但半固态连铸投资大于普通连铸,设备折旧费较高;且须加热和搅拌制浆室中的熔体,浇注费用较高;其操作环节较多,生产率较低,工资及福利费用也较高。总体来看,半固态连铸的费用高于普通连铸。 

2　半固态连铸技术的现状 
2.1 国内外半固态连铸设备的研究开发现状 

半固态连铸的技术关键有三个：首先，浆料制备必须使枝晶转变为非枝晶，以保证半固态浆料在高固相分数条件下仍具有足够流动性；其次，半固态连铸须外加切应力作用，因此半固态浆料的流变充型是另一个不可忽视的技术关键；第三,必须避免出现拉漏或拉断现象，以保证半固态连铸生产过程稳定性。 

围绕上述技术关键，人们进行了大量研究，开发了多种实用技术。仅半固态浆料制备技术就不下十余种。每种技术都有各自的优缺点。例如：目前最通用的非接触式电磁搅拌法具有不污染合金、便于自动控制等优点,但它难以制备高固相分数的浆料;接触式机械搅拌法具有设备简单、投资少、易上马等优点但存在搅拌棒损耗严重且污染合金熔体、搅拌不均匀、难用于黑色金属等缺点;超声波法也是一种非接触搅拌技术,但它需要配置大功率设备才能达到理想效果;振动法也存在要求功率大、设备复杂等缺点熔体热处理法(循环等温法)虽具有晶粒圆整度高均匀度好的优点,但生产率低,且难以用于大尺寸锭料;预变形法(应变诱发熔体激活法)能获得组织合格的坯料,但工艺流程长,生产成本高,只适用于塑性材料;机械剪断急冷法(ＳＣＲ)的优点是晶粒细小(60μｍ)、生产率高、易控制,但设备寿命短,氧化严重,铸坯困难;喷射沉积法在国内某些实验室已有应用,所得坯料晶粒细小(60μｍ)、质量稳定,但难以批量生产;由ＦｌｅｍｉｎｇｓＭ 
Ｃ 
发明并申请了日本专利的电脉冲法适用于各种合金,所得坯料晶粒小于60μｍ,但该法要求高电压大电流放电操作,需要特殊的供电设备,目前还未见工业试验报道。可见,尽管半固态浆料制备方法很多,但目前只有电磁搅拌半固态连铸法具有较好的工业应用前景。 

尽管半固态连铸与普通连铸差别不大，但普通连铸机是无法用于半固态连铸的。20世纪80年代以来,人们进行了大量研究来开发半固态连铸机。其中美国起步最早,Ａｌｕｍａｘ公司首先研制成既可用于生产半固态坯料，又可用于机械零件直接成形的有色金属半固态连铸机；接着美国ＩＳＣ(ＩｎｌａｎｄＳｔｅｅｌＣｏｍｐａｎｙ)公司进行了有色合金半固态圆坯连铸机的商业化开发，20世纪90年代,日本的藤川安生发明了半固态机械搅拌水平连铸机和电磁搅拌垂直连铸机，丰富了有色金属半固态连铸机的类型;法国Ｐｅｃｈｉｎｅｙ公司也于1996年实现了铝合金半固态连铸的产业化；1995,美国ＩＳＣ公司研制成第一台黑色金属半固态连铸机并进行了工业化试生产，使黑色金属半固态连铸机的研究取得突破性进展。我国对黑色金属半固态连铸技术的研究起步并不晚。1996年,北京科技大学胡汉起教授指导博士生邢书明开展了黑色金属半固态连铸机研制工作，并于1999年1月研制成功,通过了教育部组织的技术鉴定,填补了我国在这一领域的空白。 

2.2　国内外半固态连铸机的主要机型 

目前半固态连铸机的主要机型是垂直和水平两种形式，且以垂直形式为主。但这只是象普通连铸机发展过程中的初期机型一样，要真正实现产业化，将来必然会随着半固态连铸技术的逐步完善而向弧形连铸机发展。 

2.3　半固态连铸工艺和合金的研究现状 

目前对半固态连铸工艺的研究还不够系统。研究较多的是美国的ＩＳＣ公司。他们首先研究了半固态连铸过程的凝固行为及拉漏、拉断的机理，据此提出了“拉 
送 停 拉”的拉坯模式。尽管这种拉坯模式可以在一定程度上防止拉漏和拉断，但在工业上应用难度较大，问题并没有真正得到解决。 

我国以黑色金属为例进行了半固态连铸过程稳定性及工艺参数对其影响规律的研究，揭示了拉漏、拉断的本质原因是滞留层的形成、发展和裂口区的扩展下移，并初步提出了半固态连铸的工艺设计准则。 

总的来说，目前对半固态连铸工艺的研究还很不充分，尚存在大量问题有待于进一步研究和解决。 

对半固态连铸合金的主要限制是合金的结晶温度范围。这是因为枝晶组织向非枝晶组织转变过程需要经历一定的时间，因此，合金的结晶温度范围越小，半固态连铸的难度就越大。目前真正投入大批量工业应用的仍然是低熔点有色合金，尤其是对铝合金半固态连铸的研究和应用较多。由于黑色金属熔点高，操作难度大，目前的研究和应用都较少。事实上,黑色金属由于固态变形抗力大，对其进行半固态成形的必要性更加明显。因此可以展望,随着半固态连铸及其成形技术的不断发展和完善，其在黑色金属方面的应用会逐渐增多。 

3　目前的任务及研究趋势 

半固态连铸可理解为现代连铸技术与材料流变成形技术结合的产物。现代连铸技术已取得长足发展,但半固态合金流变成形技术还处于研究开发阶段。因此,在今后一段时间内,半固态连铸技术的主要研究方向仍将集中在半固态合金流变性能的研究及流变成形技术与现代连铸技术的结合这两个方面。 

3.1　半固态合金充型性能的研究 

虽然半固态合金的流变性能一直是这一领域的研究热点，并取得了许多研究成果。但是,以往的研究都着眼于合金的流变性能及流变力学方面，而对流变行为的控制与调整则重视不够，尤其是将流变性能的实验数据与其充型性能定量联系起来的研究尚未见报道。事实上，只有将流变学研究成果与实际条件下的充型性能联系起来，才能有效地控制半固态合金的成形过程。这方面的研究课题大致包括如下几个： 

(1)半固态浆料组织结构与充型性能之间定量联系的研究； 
(2)半固态合金充型理论的研究； 
(3)半固态合金充型性能的定量描述； 
(4)铸型特性对半固态合金充型性能影响规律的研究； 
(5)充型工艺参数对半固态合金充型性能影响规律的定量研究。 
这些研究不仅有利于半固态连铸技术的推广应用，而且有利于半固态成形技术的整体发展。 
3.2　半固态连铸工艺过程稳定性的研究 

半固态连铸过程的稳定性是半固态连铸技术发展和应用的关键问题。半固态连铸过程不出现拉漏和拉断是半固态连铸的起码要求。由于半固态浆料与纯液态金属存在很大差异，现代连铸的稳定性理论并不完全适用于半固态连铸，必须建立半固态连铸自己的稳定性理论。这方面的研究课题大致包括：半固态连铸过程失稳现象及其机理的研究；半固态连铸过程的稳定性判据；半固态连铸过程的稳定性控制；工艺参数对坯料质量和连铸过程的影响规律。 

3.3　半固态连铸坯料性能特点的研究 

由于半固态连铸技术的研究历史还很短，半固态连铸坯的组织特征、宏观质量、成形性能等都不太清楚，有必要抓紧研究，以便尽快形成可供生产应用的技术标准。 

3.4　半固态连铸设备的研究 

半固态连铸设备的研究重点是如何在现代连铸机的基础上进行改造，而不是全部重新设计。主要内容包括：制浆室与普通连铸机兼容性的研究；连续冷却条件下半固态浆料的制备技术；半固态弧形连铸机的研究开发；半固态连铸生产线最优配置的研究等。 

4　结论 
(1)半固态连铸技术是一种铸造金属坯料的新技术，目前国内尚处于应用开发阶段，国外已开始批量生产。 

(2)半固态连铸作为一个工业项目具有很强的获利能力和较强的还贷能力，其经济性对产品销售价格是敏感的，但只要未来价格不比预期值低22 
6%，该投资项目是可以接受的。 

(3)今后的主要研究任务是：合金半固态连铸性能的研究；半固态连铸工艺稳定性的理论研究；坯料质量及连铸过程的控制；半固态连铸生产线的最优配置及弧形连铸机的研制等。

铝合金B半固态流变压铸试验大纲
1. 收集资料
1.1 IDRA公司 SSR介绍资料
1.2 网上查询资料
1.3 铝合金及其加工手册 中南大学出版社
1.4 半固态铸造 国防工业出版社
1.5 材料成型原理 机械工业出版社
2. 半固态铸造铝合金制备
2.1 温度测量
2.1.1 0-700°C热电偶
2.1.2 手持式测温计
2.1.3 热成像机
2.1.4 半固态铸造铝合金的温度泛围: 573-588°C
2.1.5 铝合金液-固相温度线: 850°K (577°C)
2.2 搅拌器
2.2.1 传动部分
用台式钻床进行相应改动, 主轴转速 : 300-1000转/分
升降距离 : ＞300㎜
夹持部分与搅棒配合
2.2.2 搅棒
材料 石墨
型状 花键状
螺旋状
夹持 与传动装置的连接
防护 防止搅拌过程发生铝液激溅,安全。
2.2.3 搅拌容器
容积 1㎏AISi9Cu3铝合金
材料 钢板
带推出装置
数量 5件
内表面 涂敷涂料
定位 能定位在传动装置上,搅拌中能方便并可靠取放。
热电偶的安装
搅拌时间记录 秒表,频率发生器
2.2.4搅拌容器与搅棒的间隙
间隙直接影响剪切率,不能过大,
1
2.3半固态铸造铝合金工艺参数试验
2.3.1 浆液的剪切率 应保证在400-700 S-1, 由此计算出试验用的搅棒转速。并分配搅拌室的直径与搅棒的直径的比例。
2.3.2 搅拌室的冷却速率
不加搅拌，冷却速率，冷却到失去流动性的平均时间
加搅拌后，冷却速率，冷却到失去流动性的平均时间
3. 压铸试验工艺参数
3.1 试验零件 机油滤清器盖 件号:
零件重量: 290 g
投影面积:
3.2 压铸模具
3.3 压铸参数 应当减小内浇口的流动速度
3.3.1 减小压射速度
3.3.2 增大内浇口截面
3.4 循环时间 40-50S, 或更少
3.5 凝固时间 10-20S, 或更少
3.6 增压压力 600-1200 Bar
3.7 压铸的冷却与喷涂
3.8 有关参数采用优选法,进行正交试验
4. 铸件质量的评价
4.1制备正常压铸件20件;
制备不同参数下制作的半固态铸造铝合金浆液的压铸件不少于15件。
4.2评价正常压铸件与制备的内容
4.2.1金相组织对比
对正常压铸件进行金相组织分析
对用半固态铸造铝合金浆液的压铸件进行金相组织分析
4.2.2 零件切削表面缺陷对比
对正常压铸件进行切削表面缺陷分析
对用半固态铸造铝合金浆液的压铸件进行切削表面缺陷分析
4.2.3 零件金属最厚处剖切对比
对正常压铸件进行金属最厚处剖切分析
对用半固态铸造铝合金浆液的压铸件金属最厚处剖切分析

新型的成形技术—―半固态成形技术（SSM）是一种近终成形（Near-net-shape）的成形工艺。与传统的成形工艺相比，它有一系列突出的优点：成形温度低，成形件力学性能好，并较好地综合了固态金属模锻与液态压铸成形的优点。本文阐述了铝合金半固态成形技术的主要工艺方法，其工艺参数与传统液态压铸成形的差异，以及半固态成形件在不同状态下的力学性能

图1　半固态金属压铸流程图
20世纪70年代初，美国麻省理工学院Flemings等人在实验中发现了半固态金属的流变性能，到70年代中期，Joly等人进一步探索了半固态金属的这种性能，并出现了半固态金属加工的概念。所谓半固态金属加工技术即在金属凝固过程中，进行剧烈搅拌，将凝固过程中形成的枝晶打碎或完全抑制枝晶的生长，然后直接进行流变铸造或制备半固态坯锭后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进行成形加工。铝合金的半固态加工技术主要有三道工序：半固态坯料的制备、二次重熔和触变成形。触变成形作为半固态加工技术的最后一道工序，是影响半固态成形件组织和性能的关键工序，直接影响着半固态成形件的组织和性能。自该技术被开发以来，已经历了30馀年的研究发展，并已召开了六次有关半固态的国际会议，发达国家已经进入生产实用阶段。因为半固态成形技术有一系列突出的优点：半固态金属成形技术具有高效、优质、节能和近终成形等优点，可以满足现代汽车制造业对有色合金铸件高致密度、高强度、高可靠性、高生产率和低成本等要求，因此倍受汽车制造厂商以及零部件配套生产厂商的重视。 

半固态金属加工工艺 

SSM成形是介乎铸造和锻造之间的一种工艺过程，是针对固、液态共存的半熔化或半凝固金属进行成形加工的工艺方法的总称，使用於很多常规的成形方法。半固态金属加工技术主要有两种工艺：一种是将经搅拌获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加工，即流变成形（Rheoforming）；另一种是将半固态浆料冷却凝固成坯料后，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然后进行成形加工，即触变成形（Thixoforming），后者在目前的生产条件下占主导地位。目前，应用在工业上的半固态金属触变方法主要有：半固态压铸、半固态挤压、半固态模锻和半固态压射成形等。 

半固态压铸工艺 

半固态压铸工艺是目前半固态金属成形的主要成形工艺。典型的半固态压铸工艺流程图见图1。半固态铝合金压铸是将半固态坯料二次加热至坯料组织恢复到40％~60％球状初生固相颗粒和共晶液相共存的固液混合态，随即用夹持工具夹持到压铸机压射室中压铸成形，其主要的工艺参数包括压射比压、压射速度、压射时间、模腔温度以及留模时间等。 

压射压比是压射室内半固态坯料所受的静压力，是半固态铝合金压铸最重要的工艺参数之一。由於半固态铝合金压铸时，坯料粘度较大，流动性较液态金属差，为了充分利用半固态铝合金坯料的流变性，在成形时，压射比压一般比液态金属压铸时高20％~30％。 

压射速度为压射室内压塞的推进速度。由於半固态坯料具有一定的粘度，因此在低速压射阶段，其流动相对液态更平稳，也不存在液态金属压射时的喷射、紊流和卷气现象，因此该阶段的压射速度可比液态金属压铸时快，有利於提高充型速度，缩短充型时间，提高铸件表面质量。 

压铸机的料缸尺寸应根据半固态坯料的大小来设计，由於半固态坯料在二次加热时表面有一层薄薄的氧化膜，为了除去这一层氧化膜，料缸的直径必须比坯料的直径稍小，并充分考虑半固态坯料在二次加热时的膨胀系数。料缸在压铸前要适当的预热，以保证半固态坯料压射前在料缸中不会冷却凝固，并保持稳定。除了要预热外，还要在料缸表面涂上一层润滑剂，以保证坯料不会和料缸表面粘在一起，但选择润滑剂时，要考虑其对半固态成形件性能的影响。半固态铝合金压铸时模具内的温度也比液态金属压铸时要高，且要求温度稳定，一般应控制在200℃~350℃。其型腔内浇注系统常采用开放式浇注系统、浇道流程短、浇道位置不远离铸件。 

留模时间是指半固态坯料被压入模腔直到模腔被打开时成形件在模腔所停留的时间。留模时间直接影响这成形件的冷却速度，以及铸件的组织状况。因为留模时间长，即更长的保压时间会使铸件中没来得及填充的部位在保压下由浆料来填充。但时间太长，则会引起粘模现象。 

半固态金属锻造 

半固态金属锻造与半固态金属触变压铸实质上并无明显差别，其主要不同之处在於前者是用半固态金属在锻造设备上加工成形。锻造半固态金属可以在较低的压力下进行，这使得一些传统锻造无法成形的形状复杂构件可以在半固态金属锻造方法来生产，其锻造设备可分为立式和卧式压力机两种。半固态锻造是将加热到半固态的坯料，在锻模中进行以压缩变形为主的模锻以获得所需形状、性能制品的加工方法。半固态锻造可以成形变形力较大的高固相率的半固态材料，并达到一般锻造难以达到的复杂形状。而且，可以用於制造用普通锻造难以成形的许多超合金，有可能用半固态锻造技术制造出特殊材料的耐热零件。锻造速度每秒几百mm到一千多mm，模压从几Mpa到十多Mpa，甚至更高。半固态锻造零件的总量可从20g~13.6kg，锻造速率可达120~360件/分，并能实现自动化。目前，已经利用半固态锻造技术进行了联轴节、齿轮等机械零件制造的研究。 

半固态金属挤压成形 

半固态挤压成形即将坯料加热到半固态，然后放入挤压模腔，用凸模施加压力，通过凹模口挤出所需制品。半固态坯料在挤压模腔内处於密闭状态，流动变形的自由度低，内部的固相、液相成分不易单独流动，除挤压开始时若干液相成分有先行流出的倾向外，在进入正常挤压状态后，两者一起从模口挤出，在长度方向上得到稳定、均一的制品。 

其他半固态金属成形 

除了上述半固态金属成形方法外，还有一些正处於开发状态下的半固体金属成形法：如半固态压射成形以及半固态铸造和锻造复合法等。 

半固态成形件的力学性能 

半固态坯料具有一定的固液比，和液态压铸相比，具有一定的粘度，所以成形时可以避免喷溅、紊流以及卷气等缺点；与固体锻造相比，变形力小，可以节省能源。所以半固态金属成形与传统的固态锻造（轧制）以及液态压铸相比，综合了这两种成形方法的优点：既可以提高力学性能，也可以成形复杂的零部件。 

半固态成形件原始态的力学性能 

由於影响半固态成形件性能的因素很多，因此各种资料中所报道的有所差异，但总体来讲，其性能要比一般的成形方法好。 

从表中我们可以看出：半固态加工技术具有更大的优越性。其中以触变成形所得的成形件性能最好，抗拉强度基本在200Mpa以上。延伸率也可以达到10％左右。 

表1　A356铝合金不同成形条件下的力学性能

表2　A356铝合金不同成形条件下的力学性能
半固态成形件热处理态的力学性能 

半固态成形技术作为一种近终成形技术，因此半固态成形件可以直接在工业中应用。但通过热处理，半固态成形件可以获得更为优异的力学性能，因此热处理是挖潜半固态铝合金性能的有效途径之一。目前，有关半固态成形件的热处理研究不多，也没有形成稳定的工艺。但试验表明：半固态成形件经过热处理后的抗拉强度都明显提高，可达到315Mpa左右，伸长率却下降。而且半固态成形件抗拉强度的提高幅度明显比常规的压铸液态成形件大，而伸长率的下降幅度却比后者小。见图2、3。 

图2　铝合金半固态压铸件与液态压铸件的抗拉强度

图3　铝合金半固态压铸件与液态压铸件的延长率
此，从上述可知：经过热处理更能体现出半固态加工技术的优越性，可获得更好的综合性能。 

结束语 

半固态加工技术虽然在国内外都有较多的研究，但在某些领域中国还是一片空白，尤其在后续处理方面：比如半固态压铸工艺的稳定性研究，以及其热处理工艺的优化研究等。 

5.1 概述 

自1971年美国麻省理工学院的D.B.Spencer和M.C.Flemings发明了一种搅动铸造（stir cast）新工艺，即用旋转双桶机械搅拌法制备出Srr15%pb流变浆料以来，半固态金属（SSM）铸造工艺技术经历了20余年的研究与发展。搅动铸造制备的合金一般称为非枝晶组织合金或称部分凝固铸造合金（Partially Solidified Casting Alloys）。由于采用该技术的产品具有高质量、高性能和高合金化的特点，因此具有强大的生命力。除军事装备上的应用外，开始主要集中用于自动车的关键部件上，例如，用于汽车轮毂，可提高性能、减轻重量、降低废品率。此后，逐渐在其它领域获得应用，生产高性能和近净成型的部件。半固态金属铸造工艺的成型机械也相继推出。目前已研制生产出从600吨到2000吨的半固态铸造用压铸机，成形件重量可达7kg以上。当前，在美国和欧洲，该项工艺技术的应用较为广泛。半固态金属铸造工艺被认为是21世纪最具发展前途的近净成型和新材料制备技术之一。 

5.2 工艺原理 

在普通铸造过程中，初晶以枝晶方式长大，当固相率达到0.2左右时，枝晶就形成连续网络骨架，失去宏观流动性。如果在液态金属从液相到固相冷却过程中进行强烈搅拌，则使普通铸造成形时易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而保留分散的颗粒状组织形态，悬浮于剩余液相中。这种颗粒状非枝晶的显微组织，在固相率达0.5-0.6时仍具有一定的流变性，从而可利用常规的成形工艺如压铸、挤压，模锻等实现金属的成形。 

5.3 合金制备 

制备半固态合金的方法很多，除机械搅拌法外，近几年又开发了电磁搅拌法，电磁脉冲加载法、超声振动搅拌法、外力作用下合金液沿弯曲通道强迫流动法、应变诱发熔化激活法（SIMA）、喷射沉积法（Ospray）、控制合金浇注温度法等。其中，电磁搅拌法、控制合金浇注温度法和SIMA法，是最具工业应用潜力的方法。 

1.机械搅拌法 
机械搅拌是制备半固态合金最早使用的方法。Flemings等人用一套由同心带齿内外筒组成的搅拌装置（外筒旋转，内筒静止），成功地制备了锡-铅合金半固态浆液；H.Lehuy等人用搅拌桨制备了铝-铜合金、锌-铝合金和铝-硅合金半固态浆液。后人又对搅拌器进行了改进，采用螺旋式搅拌器制备了ZA-22合金半固态浆液。通过改进，改善了浆液的搅拌效果，强化了型内金属液的整体流动强度，并使金属液产生向下压力，促进浇注，提高了铸锭的力学性能。 

2.电磁搅拌法 
电磁搅拌是利用旋转电磁场在金属液中产生感应电流，金属液在洛伦磁力的作用下产生运动，从而达到对金属液搅拌的目的。目前，主要有两种方法产生旋转磁场：一种是在感应线圈内通交变电流的传统方法；另一种是1993年由法国的C.Vives推出的旋转永磁体法，其优点是电磁感应器由高性能的永磁材料组成，其内部产生的磁场强度高，通过改变永磁体的排列方式，可使金属液产生明显的三维流动，提高了搅拌效果，减少了搅拌时的气体卷入。 

3.应变诱发熔化激活法（SIMA） 
应变诱发熔化激活法（SIMA）是将常规铸锭经过预变形，如进行挤压，滚压等热加工制成半成品棒料，这时的显微组织具有强烈地拉长形变结构，然后加热到固液两相区等温一定时间，被拉长的晶粒变成了细小的颗粒，随后快速冷却获得非枝晶组织铸锭。 

SIMA工艺效果主要取决于较低温度的热加工和重熔两个阶段，或者在两者之间再加一个冷加工阶段，工艺就更易控制。SIMA技术适用于各种高、低熔点的合金系列，尤其对制备较高熔点的非枝晶合金具有独特的优越性。已成功应用于不锈钢、工具钢和铜合金、铝合金系列，获得了晶粒尺寸20um左右的非枝晶组织合金，正成为一种有竞争力的制备半固态成形原材料的方法。但是，它的最大缺点是制备的坯料尺寸较小。 

4.近几年开发的新方法 
近几年来，东南大学及日本的Aresty研究所发现，通过控制合金的浇注温度，初生枝晶组织可转变为球粒状组织。该方法的特点是，不需要加入合金元素也无需搅拌。V.Dobatkin等人提出了在液态金属中加细化剂，并进行超声处理后获得半固态铸锭的方法，称之为超声波处理法，如图1所示。 

5.4 成型方法 

半固态合金成形方法很多，主要有： 

1.流变铸造（Rheoforming, Rheocast） 
将金属液从液相到固相冷却过程中进行强烈搅动，在一定固相分数下，直接将所得到的半固态金属浆液压铸或挤压成形，见图2。 

如R.Shibata等人曾将用电磁搅拌方法制备的半固态合金浆液直接送入压铸机射室中成形。该方法生产的铝合金铸件的力学性能较挤压铸件高，与半固态触变铸件的性能相当。问题是，半固态金属浆液的保存和输送难度较大，故实际投入应用的不多。 

2.触变铸造（Thixoforming, Thixocast） 
将已制备的非枝晶组织锭坯重新加热到固液两相区达到适宜粘度后，进行压铸或挤压成形，如图3所示。

美国的EOPCO，HPM Corp., Prince Machine, THT Presses,以及瑞士的Buhler公司，意大利的IDRA USA, Italpresse of America，加拿大的Producer USA,日本的Toshib a Machine Corp和UBE Machinery Services等均已能生产半固态铝合金触变成形专用设备。该方法对坯料的加热、输送易于实现自动化，故是当今半固态铸造的主要工艺方法。 

3.射铸成形（Injection Molding） 
直接把熔化的金属液而不是处理后半固态浆液冷却至适宜的温度，并辅以一定的工艺条件压射入型腔成形。如美国威斯康辛的触变成形发展中心，曾采用该方法进行镁合金的半固态铸造。美国康奈尔大学的K.K.Wang教授等人研制出类似的镁合金射铸成型装置，将半固态浆液从料管加入，经适当冷却后压射入型腔。 

4.低温连铸 
所谓低温连铸就是控制金属液的过热度在0℃左右，并在铸型下方进行强制冷却的铸造方法，如图4所示。中心偏析是连铸中的大问题，且在连轧线材时可能会发生破断。因此，该工艺有很大意义。

5.带材连铸 
Flemings曾用Sn-15%pb低熔点金属进行带材连铸试验研究，对传热、凝固及变形进行了分析。认为，带材厚度与轧辊的压力、固相率、流变剪切速度以及连铸速度有关。当挤压下比压大时，则助长显微偏析。为了保证表面和内部质量及尺寸精度，必须严格控制固相率、初晶形态尺寸及排放金属量等半固态金属制造的工艺参数。 

对高熔点金属如磷青铜Cu-Sn-P合金（Cu-8%Sn-0.1%P），液相线温度10300℃，难以热加工，用此半固态合金制薄板有明显效果。目前，已可以制备组织优良的半固态不锈钢铸锭、高速工具钢铸锭。 

5.5 技术优势 

半固态压铸工艺的优点可归纳工艺优势和产品优势。 

1.工艺优势 
1） 不需加任何晶粒细化剂即可获得细晶粒组织，消除了传统铸造中的柱状晶和粗大树枝晶。 
2） 成形温度低（如铝合金可降低1200℃以上），可节省能源。 
3） 模具寿命延长。固较低温度的半固态浆料成形时的剪切应力，比传统的枝晶浆料小三个数量级，故充型平稳、热负荷小，热疲劳强度下降。 
4） 减少污染和不安全因素。因作业时摆脱了高温液态金属环境。 
5） 变形阻力小，采用较小的力就可实现均质加工，对难加工材料的成形容易。 
6） 凝固速度加快，生产率提高，工艺周期缩短。 
7） 适于采用计算机辅助设计和制造，提高了生产的自动化程度。 

2.产品优势 

1） 件质量高。因晶粒细化、组织分布均匀、体收缩减少、热裂倾向下降，基体上消除了缩松倾向，力学性能大幅度提高。 
2） 凝固收缩小，故成型体尺寸精度高，加工余量小，近净成形。 
3） 成形合金范围广。非铁合金有铝、镁、锌、锡、铜、镍基合金；铁基合金有不锈钢、低合金钢等。 
4） 制造金属基复合材料。利用半固态金属的高粘度，使密度差大、固溶度小的金属制成合金，也可有效地使不同材料混合，制成新的复合材料。